PRACTICA Nº 06
PRACTICA N° 6 “ESTUDIO CINÉTICO DE LA REACCION ENTRE EL YODO Y LA ACETONA CATALIZADA POR ACIDO” 1.-Objetivo! 1.1.- Determinar la ley experimental de velocidad de la reacción de yodación de la acetona en medio ácido(órdenes de reacción y constante de velocidad). 1.2.-Plantear el procedimiento de cálculo que permite obtener las magnitudes cinticas a partir de las medidas reali!adas.
".- #$%&'(e%to te)*i+o! "n disolución acuosa la reacción de iodación de la acetona (#cet)$ catali!ada por ácido$ puede escribirse como% *
'
*
&'(&)&'2+ * '
&'(&)&'( * +2
*
+
-
"sta reacción procede en varios pasos$ siendo los dos primeros de ellos el equilibrio ceto-enólico en medio ácido. "l siguiente paso consiste en la reacción entre el enol y el iodo
1,
*e'++i)% *eve*ibe &e e%oi'+i/% &e ' '+eto%' ' &' (
&
*
&' (
&' (
&' 2
)'
)
",
&
i%te*'++i)% &e 0o&o +o% ' o*(' e%/i+'
&'(
&
&'2
*
+2
&'(
&
)'
&'2+
*
* '
*
-
+
)
,a primera reacción transcurre con muca lentitud y la segunda$ rápido y prácticamente asta el in. Por ello la velocidad del proceso se determina por la velocidad de la enoli!aci/n de la acetona0 ella es proporcional a la concentración de los iones idrógeno pero no depende de la concentración del yodo. De modo que la reacción es de orden cero respecto al iodo.
,a velocidad de la reacción puede expresarse%
+¿¿
H
¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ]
v=
−d [ I ] 2
dt
¿
=k ¿
"n la que $ y 3$ son los órdenes respecto a la acetona$ los protones y el iodo. "n las condiciones de la práctica$ la acetona y el ácido están presentes en gran exceso respecto al +2$por lo que se puede considerar que sus concentraciones permanecen constantes a lo largo de la reacción$ de orma que se puede seguir la cintica respecto del iodo (reactivo test o indicador). 4e utili!a el mtodo de aislamiento de st5ald. 6'*7 o$ 6#cet7o88 6+27o 9 6'*7$6 #cet7 ≅ ctes +¿ ¿
H ¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ] ¿
v=
v=
−d
[ I ] 2
dt
−d [ I ] 2
= k ¿
=k ap [ I ]
γ
2
dt +¿ ¿
H ¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ] ¿ o
k ap =k ¿
Dado que la incorporación del iodo tiene lugar despus de la etapa determinante de la velocidad$ la reacción sigue una cintica de orden cero respecto al yodo$ v=
−d
[ I ]
dt
2
= k ap
o
[ I ] =k ap 2
Para seguir la evolución de la concentración de iodo$ se toman muestras de reacción y$ tras detener la reacción$ se valoran con tio sulato de sodio$ +2* 2 :a242 9 :a24;< * 2 :a+
Dado que la reacción es catali!ada por ácido$ la reacción se detiene y se elimina el catali!ador mediante la adición de una base. "ectuando diversas experiencias$ y variando en cada una de ellas =nicamente la concentración de uno delos reactivos en exceso$ la acetona o el ácido$ se puede medir la inluencia de estos reactivos sobre la velocidad de reacción y allar sus órdenes de reacción.
2.- 3ATERIAL Y REACTI4OS •
>elo?
•
@ermómetro
•
4olución de :a242 A$AABC
•
4olución de yodo A$A
•
4olución de + ; E
•
4olución de '&l 1$2C
•
4olución de acetona 2$BE en peso
•
#lmidón
5.- PROCEDI3IENTO EPERI3ENTAL 1. &onectar el baFo termostático a 2BG&. 2. Preparar la disolución de ácido clorHdrico 1$2 C. . Ialorar la disolución de ácido clorHdrico (1A m,) con la disolución de :a'. ;. 4e reali!an tres series de experiencias donde$ comparadas dos a dos$ se varHa la concentración deuno de los reactivos$ ácido o acetona$ y se mantiene constante la del otro. De este modo se puedandeterminar los órdenes de reacción y y la constante de velocidad.
Se*ie 1! B m, de acetona y B m, de ácido clorHdrico 1$2 C a) Preparar la me!cla de reacción aFadiendo B m, de '&l sobre unos BA m, de agua colocados enun vaso de precipitados. #Fadir posteriormente la acetona (B m,) y aorar a 1AA m, con agua. b) ,a disolución resultante se pone en un erlenmeyer y ste se coloca en el baFo termostáticosu?etándolo con una pin!a. c) Preparar varios erlenmeyers con unos 1A m, de acetato de sodio al 2$B E. d) ,lenar la bureta con tiosulato. e) &uando se alcance el equilibrio trmico (unos B minutos) sacar el erlenmeyer del baFo termostático$ pipetear 1A m, de la disolución de +2 y
verterlos en el erlenmeyer. Poner el cronómetro en marca$ t J A $ cuando la pipeta se encuentre a mitad de vaciar. ) Ce!clar vigorosamente la disolución y volver a colocar el erlenmeyer$ con la reacción en marca$en el baFo termostático. g) @omar una muestra de 1A m, de la reacción$ IalHc(+2). ) Ponerla en un erlenmeyer con acetato de sodio al 2$B E. @omar el tiempo cuando la pipeta se encuentre a mitad de vaciar. i)
Ialorarla la muestra con :a242 A$AAB C$ utili!ando almidón como indicador$ asta que lamuestra que se valora se decolore. #Fadir el almidón al inal de la valoración.
?)
4e toman muestras de 1A m, cada oco minutos y se valora como se a indicado en el apartadoanterior. @omar un total de siete muestras.
Se*ie "! 1B m, de acetona y m, de ácido clorHdrico >epetir el experimento$ seg=n lo indicado para la serie 1$ extrayendo las muestras cada < minutos.
Se*ie 2% 1B m, de acetona y B m, de ácido clorHdrico >epetir el experimento$ seg=n lo indicado para la serie 1$ extrayendo las muestras cada ; minutos
7.- PRESENTACION DE DATOS! 1.
>ecalcular las concentraciones de todas las disoluciones preparadas a partir de las cantidades pesadas$ medidas o valoradas.
# partir de las cantidades valoradas tenemos%
Se*ie 1 Tie(8o :'to +o%+e%t*'+io% 9(i%, ";77 "2.7 6.< = 1>-5 ";1< 17.6 7." = 1>-5 ";>? 12.2 5.< = 1>-5 1;1@ 11.? 5.5 = 1>-5 1;1? 11.7 5.1 = 1>-5 1;12 6.7 2.5 = 1>-5 Se*ie " tie(8o :'to +o%+e%t*'+io% 6.77 ">.1 ?;5 = 1>-5 ?.<>
[email protected] 7;5 = 1>-5 <."7 1?.7 5;6 = 1>-5 @.<@ 17.< 2;5 = 1>-5 1>.7< 15.< 2;" = 1>-5 1>.6@ 11.6 ";5 = 1>-5
Se*ie 2 tie(8o :'to +o%+e%t*'+io% ".22 "2.7 ?;< = 1>-5 5.77 ">.7 7;6 = 1>-5 6.<7 1<.6 5;< = 1>-5 ?.<@ 1?.5 2;7 = 1>-5 <.@< 17." 2;1 = 1>-5 @.7< 12.7 ";@ = 1>-5
".
$tii+'* e o*&e% &e *e'++i)% *e8e+to ' 0o&o ' 8'*ti* &e (e+'%i(o &e *e'++i)% (B 8*ob'be.
+¿ ¿
H ¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ] ¿
v=
[ I ]
−d
2
dt
= k ¿
>eacción de pseudo-orden porque la concentración de ácido y de acetona$ es tan grande que se dice permanecen constantes$ asH en la reacción$ el orden respecto al yodo es cero.
2.
Co(8*ob'* $e e +$(8e e (to&o &e 'i'(ie%to &e Ot'&. [H+]o ,[ Acet]o>> [I2]o 9 [H+],[ Acet]
+¿¿
H
¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ]
v=
−d [ I ] 2
dt
¿
=k ¿
≅ ctes
v=
−d [ I ] 2
=k ap [ I ]
γ
2
dt +¿ ¿
H ¿ ¿
∝
|¿|[ Acet ] ¿ o
k ap =k ¿
5.
Et'be+e* *e'+io%e ('te(Bti+' e$iv'e%te +o%+e%t*'+i)% &e 0o&o 0 vo$(e% &e tio$'to.
e%t*e
1BK gLmol - - 1C - - 1AAAm, M g - - A.AAB - - 2BAm, MJ A.1NOB g 1BKgLmol - - 1C - - 1AAAm, M g - - A.AAB - - 1m, MJO.Nx1A-; g 1m,----O.N1A-; ;.Nm, ----M P" J ON gLmol
7. E=8i+'* e 8'8e $e &ee(8eF' e A+N' "l acetato de sodio sirve para detener la reacción$ pues entra en competencia para reaccionar con el ácido del medio asi se neutrali!a$ además de valorar el yodo producido con tiosulato de sodio.
6.
Re8*ee%t'* *e+t' $e %o 8''% 8o* e o*iGe% 0 'j$t'*' 8o* (H%i(o +$'&*'&o 9$o &e ECEL, 8'*' +o(8*ob'* $e ' *e'++i)% e &e o*&e% +e*o *e8e+to &e 0o&o 0 +'+$'* ' +o%t'%te +i%ti+' '8'*e%te &e +'&' e*ie.
:RA#ICA N°1! SERIE 1
25
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:RA#ICA N°2! SERIE 2
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?.
Et'be+e* ' *e'+io%e e%t*e vo$(e% 0 +o%+e%t*'+i)% 8'*' ' '+eto%' 0 8'*' e C. 4 CJ 4A+eto%' • • •
<.
BLB% 1 1BL% B 1BLB %
E=8i+'* 8o* $ e $tii'% voK(e%e iG$'e &e *e'+tivo e% &ie*e%te e*ie.
4e utili!an vol=menes iguales de reactivos pues se desea medir la variación de la concentración de yodo aciendo constantes las cantidades de vol=menes de ácido y de acetona.
@.
8o* $ e% +'&' e*ie ' 'H+$ot' e to('% ' &ie*e%te i%te*v'o &e tie(8o.
Por qu se está variando la cantidad de acetona y ácido clorHdrico en cada una de las series$ va aumentando la cantidad y el tiempo de reacción es menor (más lento) por lo cual varia el tiempo en cada una de las tres series va siendo menor (K$<$; min). ,a primera reacción transcurre con muca lentitud y la segunda$ rápido y prácticamente asta el in. Por ello la velocidad del proceso se determina por la velocidad de la enoli!aci/n de la acetona.
1>.
Ree=io%'* ob*e ' 8oibii&'& &e *e'i'* ' e=8e*ie%+i' $tii'%&o (to&o Hi+o.
"n un mtodo continuo se aprovecan las propiedades Hsicas de la reacción sin alterar la reacción en proceso$ aquH se estudian iones$ se mide la conductividad elctrica que es producida por los iones$ esta se puede reali!ar en acetato de etilo donde el reempla!o de los iones oxidrilo por los iones acetato acen que la conductividad decre!ca a medida que pasa el tiempo$ lo contrario pasa con la urea$ en el caso de la reacción de la acetona no se podrHa usar mtodos Hsicos pues el producto intermedio$ ace que la reacción sea irreversible.
CUESTIONARIO
1. Po* $ ' veo+i&'& &e *e'++i)% &e ' 0o&i%'+i)% &e ' '+eto%' %o &e8e%&e &e ' +o%+e%t*'+i)% &e 0o&oM Debido a que la reacción de yodinacion es un proceso muy rápido ya que el yodo solo act=a como un indicador es por eso que no depende de la concentracion en comparación con la enoli!acion de la acetona que es muco más lenta asH mismo las acetonas son bases muy dbiles el equilibrio de la reacción es desavorable para la ormación del iodo por lo que la velocidad es%
4 C2COC2QQ
". E% $e +o%ite e (to&o &e 'i'(ie%to &e Ot'& "l mtodo de aislamiento de st5ald se basa en reali!ar una secuencia controlada de experimentos reali!ados en la práctica$ en tres series se ve que la concentración cambia respecto con el tiempo$ al valorar la solución con el tiosulato se calcula la concentración de yodo. Para determinar α se parte de (#) o$ (Q)o$ (&)o$ de orma que la concentración de todos los reactivos excepto la de # permanecen casi constantes.
2. Po* $ ' *e'++i)% &e 0o&i%'+i)% &e ' '+eto%' e e 8$e&e '('* '$to +'t'Hti+'M ,a reacción se puede denominar auto-catalHtica ya que uno de los productos act=a como catali!ador ormando un comple?o activado el cual se carga de bastante energHa y da inicio a la reacción.
5. Po* $ ' ($et*' 8e'&' &e ' '+eto%' e %e+e'*io 8e'*' e% ' b''%' '%'Hti+'M Por su viscosidad y volatilidad es preerible medir una cantidad de acetona con balan!a para disminuir los posibles errores porque además en la determinación de la velocidad de yodinacion de acetona se necesita saber el eso para allar la concentración y tambin poder corregirla.
7. Co% $ ot*o (to&o (B e 8$e&e +o%t*o'* ' veo+i&'& &e *e'++i)% &e ' 0o&i%'+i)% &e ' '+eto%'M Por medio de mtodos instrumentales tales como% Ctodos espectrootomtricos Ctodos conductimetricos Disminuyendo la temperatura de reacción "liminando el catali!ador #Fadiendo un inibidor al sistema "liminando algunos reactivos. <. De(ot*'*; ' 8'*ti* &e o &'to iG$ie%te
tJ(i%
?">>
C2COC2 JN 1.76 7
155> > 1.?5?
"16> > 1.@1"
"<<> > ".>7?
257> > ".172
,a concentración inicial del ácido actico es 1$K : y del ester metHlico 1.OA : que la idrolisis del acetato de metilo en la solución diluida de ácido actico se veriica de acuerdo con la ecuación
k
=
1 t (c A
+
In c B )
(c B
−
c x )c A
(c A
−
c x )c B
t 1J t 9C'Cb, % 9Cb-C=, C'J9C'-C=,Cb
t 91.22<1.2?>, -1 % 91.22<-1.767,1.2?J 9 1.2?-1.767, 1.22< ->.>1>?1J?">> -1.5-6 ,a ecuación indica que se trata de una ecuación de segundo orden. De la gráica podemos decir que se veriica la linealidad la ecuación es adecuada ya que rJ A.NNNK.
ln
1Lt A.AAA1K A.AAAA
A.AAAB; A.AAA1< A.AAAAK A.AAAAB A.AAAA;1
Ca ( Cb+ Cx ) Cb ( Ca −Cx )
0 0 0
ln ((+))/((− ))
0 0 0 0 0
0
0
0
0
0
0
0
1/tiempo
CONCLUSIONES 4e allan los datos de concentración y teniendo los tiempo$ sustituyendo estos en la ecuación para allar el orden de la reacción y la constante de velocidad. ,a acetona y el ácido están presentes en gran exceso respecto al + 2$ por lo que se puede considerar que sus concentraciones permanecen constantes a lo largo de la reacción. "n una reacción de yodinacion de la acetona se le puede llamar autocatalitica porque se orma un centro activo tal como un radical libre o una molecula$ este reacciona para dar un producto intermedio y a partir de l un producto.
